同步电动机全数字可控硅励磁控制技术的应用

同步电动机能发送无功功率，支持电网电压，有助于充分利用电能，因而在水泥等行业有较广泛应用。我厂水泥磨、压缩机共用同步电动机19台，装机容量达6960kW。它的运行安全性和可靠性对生产具有重要影响。长期以来，同步电动机及其励磁装置发生损坏的事情屡见不鲜，据不完全统计，因励磁装置故障而造成停机占整个事故停机次数的80％以上。

　　通过对同步电动机及励磁装置运行状况进行统计分析，对电动机损坏现象作技术分析，对电动机的起动过程、投励过程、正常运行中各种典型状态的特征分析表明：导致同步电动机故障率高的主要原因是电动机所配的老式晶闸管励磁装置（可控硅励磁装置）技术性能不完善（仅能满足基本使用功能）。

1 老式晶闸管励磁装置存在的问题

1.1 无可靠的失步保护装置

　　老式晶闸管励磁装置采用GL型反时限继电器兼作失步保护，而电动机“过负荷”与电动机“失步”是完全不同的概念。通过分析电动机失步时暂态过程、现场试验，充分证明：用过负荷继电器兼作失步保护，当电动机失步时，它不能动作，有时虽能动作，但动作延时大大加长，实际上起不到保护作用。失步故障分析如下：

　　1）失励失步

　　电动机失励失步时，丢转不明显，负荷基本不变，定子电流产生波动（峰值约为电动机额定电流的1.6～1.8倍，而低谷值约为额定电流的0.8～1.2倍），电动机无异常声音，GL型继电器往往拒动作或动作时间加长。结果造成电动机内部暗伤，主要引起电动机转子绕组，尤其是起动绕组（阻尼条）的过热、变形和开焊，甚至波及到定子绕组端部。

　　2）带励失步

　　电动机带励失步时，虽仍有直流励磁，但励磁电流及定子电流强烈脉动，电动机也受影响，有时甚至产生电动机和机械共振，结果引起电动机疲劳损伤，甚至引起定子绕组绑线崩断、导线变松和线圈表面绝缘层被振伤，逐步发展为短路；转子励磁绕组接头处产生裂纹，出现过热、开焊、绝缘烤焦和阻尼条断裂等，严重时出现断轴事故。由于电动机和主机是同轴运行，电动机的强烈脉振，同样会波及到主机，如紧固螺栓断裂等。

1.2 灭磁性能差

　　同步电动机异步起动时转子回路感应出很高的电压，此电压会直接危及电动机转子的绕组绝缘，因此励磁装置要及时地在主机起动过程中串接适当的电阻。老式励磁装置，特别是KGLF－11型装置，起动回路经常有问题，有时在运行中2只灭磁可控硅误导通，灭磁电阻发热烧红冒烟。因它只有1个高导通电压，主机起动时，特别是在转子感应电压较低时，7KGZ、8KGZ不能可靠导通，造成主机起动转矩不对称，使机组产生强烈振动。

1.3 控制部分技术性能太差，影响电动机使用寿命

　　老式励磁装置故障率太高，投励检测逻辑简单，使投励或早或迟；装置系分立元件构成，受温度影响运行不稳定，常出现起动晶闸管误导通、接插件接触不良、脉冲丢失、三相电流丢波缺相、励磁不稳定、甚至引起电动机失励等故障。这些故障同样是引起电动机损伤的重要原因。

2 全数字可控硅励磁技术

2.1 装置构成及原理

　　TJL－D5型系列同步电动机可控硅励磁装置主要有励磁变压器、主回路整流桥、励磁综合控制器、继电器单元、检测反馈等6部分组成，原理方框图如图1所示。装置的核心部分采用德国西门子公司PLC（S7214）和模拟量变换器（S7231），脉冲功放板及TD－200文本显示器等组成，可输入及修改运行的参数，文本显示器能显示参数和故障情况，并有许多功能键。